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劉勁松/朱孔軍Nano Energy：半導體BaTiO3@C核-殼結構提高壓電光催化性能

BaTiO₃（BT）是一種最經典的壓電和鐵電材料，可以在機械應變或應力作用下通過晶體變形產生內壓電勢，特別是對于非中心對稱四方相。BT與另一種半導體結合作為混合光催化劑是一種可用于環境修復的替代方法。然而，純BT由于其寬帶能隙（E_g>3.2 eV）而具有非常差的光催化性能，因此需要制備一種半導體BT，以在不結合其他半導體的情況下實現高壓電光催化性能。

基于此，南京航空航天大學劉勁松教授和朱孔軍教授（共同通訊作者）等人報道了通過葡萄糖輔助的一步水熱法成功制備了半導體BaTiO₃@C（BT@C）核-殼結構。

通過表征發現，BT表面暴露的Ti⁴⁺在水熱合成過程中被葡萄糖還原為Ti³⁺，從而形成了大量的氧空位。同時過量的葡萄糖被碳化，碳積累在BT表面形成BT@C核-殼結構，隨著葡萄糖濃度的增加，碳殼的厚度逐漸增加。

此外，作者還研究了葡萄糖濃度對BT@C納米顆粒的相組成和形貌的影響。由于結合了半導體特性和壓電效應，所制備的BT@C復合材料對羅丹明B表現出比原始BT更高的壓電光降解能力。

通過實驗測試發現，對比原始BT，所制備的BT@C復合材料對RhB表現出更高的壓電光降解能力，尤其是具有1.4 nm C殼的BT@C-0.01 M具有最高的壓電光催化活性，在模擬的陽光和超聲波同時照射下可在100 min內完全降解。適當厚度的C殼可以有效地將污染物分子吸附到反應界面，增加反應活性位點。較厚的C殼層可能會阻礙BT核對入射光的吸收，從而降低光致e^–-h⁺對的產生率并增強由相對較長的電子遷移路徑引起的界面阻抗。

本研究中通過葡萄糖的簡單水熱碳化制備半導體BT@C核-殼結構復合材料的方法可以擴展到合成其他壓電@C復合物，并提供強有力的證據表明壓電/鐵電材料單體可以作為一種有前途的光催化劑應用于壓電光催化和環境凈化領域，無需進一步與其他半導體復合。

Semiconducting BaTiO₃@C core-shell structure for improving piezo-photocatalytic performance. Nano Energy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106831.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106831.

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